高性能聲表面波器件AlN-Diamond基片制備及分析.pdf

1、聲表面波(SAW)器件由于具有小型化、高可靠、多功能、一致性好等特點，在雷達(dá)、聲納、無線通信、光纖通信及廣播電視系統(tǒng)中已獲得廣泛的應(yīng)用。由于目前通訊器件朝著高頻化發(fā)展，優(yōu)良的高頻聲表面波器件基片必須具有高聲速、高機(jī)電耦合系數(shù)、低傳播損耗、高溫度穩(wěn)定性等特性。通過在壓電材料與襯底之間加入高聲速的金剛石膜層，可以提高聲表面波傳播速度，使聲表面聲波器件在不改變叉指換能器(IDT)線寬條件下，提高中心頻率，以滿足通信系統(tǒng)的高頻需求。 本

2、研究采用金剛石為基片來提高聲表面波速度，并選用壓電性能優(yōu)良的氮化鋁(AlN)薄膜壓電材料，開展了AlN/金剛石多層膜結(jié)構(gòu)的聲表面波器件基片的分析和研制。主要完成了以下幾方面工作： 首先，在理論方面研究薄膜生長機(jī)理，建立模型，對薄膜生長過程進(jìn)行了計算機(jī)模擬，模型中考慮粒子的沉積、吸附粒子的擴(kuò)散等過程。研究了粒子允許行走的最大步數(shù)對薄膜生長形貌的影響。結(jié)果表明：隨溫度升高，粒子行走步數(shù)增加，薄膜的生長經(jīng)歷了從分散到分形團(tuán)聚的過程；粒

3、子行走步數(shù)越小的情況下，薄膜越易趨向于分散生長。 其次，本文利用CVD沉積金剛石膜，獲得取向單一性較好和純度較高的金剛石薄膜，并對金剛石膜進(jìn)行表征分析；在AlN制備方面，課題采用射頻磁控濺射法，通過改變工作氣壓，襯底溫度，氬氮比等工藝參數(shù)，在單晶Si和金剛石兩種襯底上分別生長出了高c軸取向的AlN薄膜。同時研究了退火工藝對薄膜影響，較為系統(tǒng)地探索了AlN薄膜的制備條件。采用XRD、SEM、AFM等多種測試手段對薄膜的微觀結(jié)構(gòu)特性

4、進(jìn)行測試分析，并對薄膜的電學(xué)性能及機(jī)械性能進(jìn)行了考察。此薄膜具有高質(zhì)量的納米級結(jié)晶度，良好的表面平整度及高的電阻率，很好的滿足了薄膜聲表面波(SAW)器件的需要。通過對各沉積參數(shù)如工作氣壓、濺射功率、襯底溫度和沉積時間的研究，得到AlN薄膜取向生長的一般規(guī)律，即在工作氣壓較低、濺射功率較高、襯底溫度較高、沉積時間較長的條件下，有利于AlN薄膜沿(002)取向生長；反之有利于AlN薄膜沿(100)取向生長。 本文的創(chuàng)新工作如下：